世界を身近に、ICTで未来をつなぐ
株式会社クレアリンクテクノロジー

Private LoRa 通信プラットホーム

Private LoRa 開発背景

LoRaへの取り組み

当社は、LoRaの卓越した通信特性を活用した、IoT時代に最適な技術、製品等の試作、研究、製品開発を実施しています。研究機関、地方自治体、民間企業とのコラボレーションによって、IoTに欠かせない通信技術の活用をバックアップしていきます。

Private LoRaとは

当社のPrivate LoRa技術の取り組み

● LoRaモジュールの選定、通信試験装置の開発
● 機器試作、ソフトウェア試作(小規模ロットでの開発)
● 製品の共同開発
● 自社製品開発

代表的な実績

● Raspberry Pi 用 LoRa/.GNSS(GPS)/RTC HAT
● Raspberry Pi用 LoRa RSSI Logger

画像をクリックで拡大

IoTに最適なPrivate LoRa

センサーネットワークなど、比較的広いエリア(ビル、工場、学校、プラント、場合によっては、市区町村や河川、山林など)に、センサーなどを配置する場合、一般的なWi-FiやZigBee、WiSUNなど既存のIoTで広く使用されている通信方式では、信号到達エリアが狭く、また、3Gでは、多数のセンサーモジュールを配置するための通信コストがネックになることが少なくありません。また、WiFiや3G/LTE通信は、消費電力の観点でも電池駆動などは難しく、原則常時電源の給電が必要な仕組みです。
LoRaとは、Long-Rangeの略で、比較的長距離の通信が可能です。LoRaWANと言われる、通信キャリアが広域であるLoRa技術を利用した通信サービスも広がりつつあります。これは、LPWAN(Low-Power Wide Area Network)に分類される技術の一つです。

LoRa変調の特徴

LoRa通信技術は、一般にサブギガ帯(日本国内では、920MHz帯が利用される)を、LoRa変調と呼ばれる、チャープ信号を使った独自のスペクトラム拡散方式(周波数拡散)を用いて、広い帯域に拡散して通信する技術です。また、遠く離れた距離でも、減衰した信号から送信信号を取得できる変調方式を用いた低消費電力通信です。3G/LTE/4Gにも使用されている技術で、送信時の信号に特定のデータを掛け合わせて、非常に広い帯域の範囲に電波を拡散します。受信側でその逆の操作をすることで、ノイズなどにも非常に強い耐性をもつ通信方式です。LoRaで使用されている920MHz帯は、現行の電波法において、ISMバンドのひとつで、一定の出力以下であれば、免許不要で使用できる(特定小電力無線局)電波帯域であり、認証取得済みの機器を用いることで、誰でも運用が可能です。さらに、この通信方式には、低消費電力という特徴があり、センサー側など送信側では、間欠動作(電波放射しない間は、スリープする動作)によって、飛躍的に電池寿命を延ばすことができます。3Vのコイン電池1つで数年間のセンサー運用も可能です。
当社で採用しているモジュールでは、これらの各特徴が組み合わされ、見通し距離で最大30km強、郊外市街地で4km前後、直径6~8kmの円域(当社実測値)を1つのアンテナ基地局でカバーできる特徴を持ちます。

■ 他の通信方式との比較表

項目 920MHz 2.4GHz 5GHz
無線方式

特定小電力

ZigBee

Bluetooth

BLE

Wi-Fi

変調方式

GFSK

LoRa

O-QPSK

FSK/FHSS

FSK/FHSS

OFDM

OFDM

伝送速度(bps)

50K~250K

73~22K

250K

1M

1M

11M~600M

11M~600M

通信距離(見通し)

200~2Km

2K~30Km

100m

30m

30m

50m

50m

送信出力

20mW以下

20mW以下

10mW以下

10mW以下

10mW以下

10mW以下

10mW以下

消費電力

×

×

LoRA WANとPrivate LoRa

LoRa技術を利用するためには、通信キャリアのLoRa WAN(Wide Area Network)サービスを活用する方法と、家庭やオフィスで使用するWiFi同様に、アクセスポイントとなるアンテナを自前で設置する方法があります。ここでは後者を、LoRa-WANに対して、Private LoRaと称します。LoRa WANは、LoRa変調を行うことに加え、その上位の通信方式までを規格化されたものであり、通信キャリアが基地局アンテナを敷設してサービスを展開しています。しかし、まだ十分に普及しているとは言えないサービスでもあり、エリアが限られる上、エリア内に建物の構造などで電波が到達できない死角ができたときに対策が困難です。また、通信費用がランニングコストとして発生し、使用できる通信モジュールも限られます。
一方で、Private LoRaは、WiFi同様に、自由にアクセスポイントとなるアンテナ設置場所を選択でき、また、その運用も自由です。わずかな電気代のみで電波法の範囲内で自由な通信が実現できるため、エリアやセンサー数などによって、Private LoRaを選択するメリットがあります。また、Private LoRaでは、LoRaモジュールの選択に自由度があり、PC向けのインターフェースを持ったものから、Raspberry Piなどの拡張モジュール、もしくは、機器埋め込み型の数十ミリ角の小さなモジュールまで選択の幅が広いのも特徴です。さらに、LoRa WANの規格1伝送単位(LoRaの送出フレームサイズ)が、12バイトのペイロードに制限されるため、GPS情報や浮動小数点データなどを送るためには、複数フレームを利用するなど非効率な点も有り、利用目的が小さなセンサーデータのみに限定されます。Private LoRaで利用できるLoRaモジュールには、50バイト程度のペイロードを1フレームで伝送できるものなども選択できます。

Private LoRaの活用

当社では、LoRaを活用したい企業様へのサポートのため、LoRaモジュールの評価や推奨品の選定、また、LoRaモジュールを活用した通信機器などを設計、開発、必要によって、量産などを提案しています。また、Private LoRaの活用のための調査をしたいユーザ様向けに、LoRa通信レベル検証システムも提供しており、電波到達レベルの確認ツールなども提供しています。LoRaを活用できる事例として代表的なものに以下のようなものがあります。


画像をクリックで拡大

環境センサー(気温・湿度・気圧・照度など)+ LoRa で環境モニタリング

畑、農場、山林などの気象観測などで活用でき、LoRaによる広いエリアがカバー出来る特性を活かせます。

画像をクリックで拡大

GPS + LoRaで、動物の行動範囲等を把握

家畜や動物にGPSとともに装着することで、LoRaの電波が届く広範囲でリアルタイムGPSロギングができます。また、メモリを装備させることで、電波エリアから離れた場合もトラッキングした位置情報を、電波エリア内に入ったときに送信することなども可能です。

画像をクリックで拡大

災害防止観測のローカル基地局(LoRa IoT Gateway)

海岸、河川、山林など、比較的見通しが良く、数km以上の間隔でLoRaのアンテナを設置すれば良いような環境では、ソーラーパネルと蓄電池を組み合わせたLoRa基地局を設置できます。また、各LoRa基地局からは、3G/LTEによってクラウドへデータを中継でき、広い範囲のIoTゲートウェイの役割を果たします。センサーや発振器をLoRa子機として活用することで、センサー情報の収集はもちろん、GPSやLoRa電波強度情報から位置情報の把握や緊急信号の発信など低コストで実現できるシステムでありながら、高度な使用方法が可能です。弊社のVisual IoT技術と組み合わせて利用することで、より応用が広がります。